今年初ICANN和APNIC的IPv4地址池全部耗盡，亞太地區成為全球首個無法滿足IPv4需求的地區。伴隨著我國互聯網產業的高速增長以及未來三網融合和物聯網的發展，當前我國掌握的IPv4地址資源遠無法滿足高速增長的用戶需求，我國將成為全球最早受地址匱乏影響的國家之一。IPv4地址耗盡將迫使我國網絡運營商加速部署IPv6網絡和服務，在IPv6部署初期制定科學合理的網絡、業務發展規劃至關重要，而結合網絡層次、路由協議、流量特征等因素，建立IPv6地址資源部署策略是網絡整體規劃的關鍵環節，將影響到基礎網絡運行效率、互聯網管理效果。本文主要總結了提早完成IPv6地址規劃的重要意義，探討IPv6地址通過承載各種信息提升路由、安全、管理性能的方案，以科學規劃、可持續發展為原則提出我國IPv6地址全國規劃布局的總體策略。
一、 IPv6地址規劃將深刻影響我國互聯網發展
互聯網發展初期缺少對IPv4地址規劃重要性的認知，導致當前嚴重的路由膨脹、地址過早耗盡、無法有效管理等問題。在IPv6地址全面部署前夕，應充分了解IP地址作為互聯網的基礎資源，其全盤布局策略將全面影響網絡基礎設施部署水平、可持續發展以及互聯網管理能力。
IPv6地址規劃方案影響全網路由聚合能力。IPv4地址缺乏層次結構，地址分配和管理缺乏統一規劃，導致網絡路由效率低下。除運營商之外，其他有地址需求的單位也掌握了數量可觀的地址資源，接入運營商網絡后產生大量無法聚合的地址碎片，這是造成IPv4 BGP路由表迅速膨脹、路由效率下降的主因。此外，流量工程、Multihoming、攜地址轉網等使問題更加嚴重化。在沿襲IPv4地址分配模式的背景下，IPv6海量地址空間對提高路由聚合能力提出了更高要求，否則潛在大量地址碎片必然導致路由表過快增長。因此IPv6地址規劃的首要任務在于減少網絡地址碎片，增強路由聚合能力，降低路由器等設備的CPU、內存等消耗，提高網絡路由效率。
IPv6地址規劃制約地址利用率，進而影響IPv6地址生命周期。由32位擴展到128位，IPv6極大地擴展了地址空間，但也并非無限可用，通過分析典型網絡的IPv6地址配置方式可以看出，IPv6往往以浪費地址資源的方式保障地址配置唯一性，IPv6地址無狀態自動配置造成了IPv6地址利用率相對較低，如移動通信網絡的IPv6地址以“/64”為單位為每個PDP上下文分配地址前綴、家庭網絡以“/48”為單位分配前綴等。因此，IPv6地址雖然提供了龐大的空間，但無序發展將導致IPv6地址嚴重浪費，迫切要求在初期進行科學規劃，節約地址空間，盡量延長IPv6地址生命周期，避免重蹈IPv4地址空間過早耗盡的覆轍。
IPv6地址分配方案影響地址的有效管理。當前對已分配的IP地址，我國尚缺乏有效的管理手段。通過科學規劃IPv6地址方案，有利于提高我國在互聯網收到攻擊時的網絡溯源能力，保障網絡安全性和可信任性。
二、 層次化結構和海量地址空間為IPv6地址擴展語義創造了條件
總體來說，IPv6地址包括全球路由前綴、子網標識以及64位接口標識符三個部分。對除由國際地址分配機構(ICANN、APNIC等)分配的前綴外，剩余地址比特位(前綴至第65比特前)可以由規劃機構、互聯網運營商自行劃定，并制定相關含義。同時，64位接口標識符目前也沒有形成全球明確的分配規則，可以在規劃時統一考慮利用接口標識符承載多種信息。根據當前研究成果，IPv6地址能夠承載的信息主要有以下幾類。
地址分配與層次化網絡拓撲結構相適應，為在地理上屬于同一個范圍的子網分配相同的網絡前綴，使64位IPv6地址前綴體現地理位置信息。按照骨干網、省網、城域網的層次結構分配IPv6地址，有利于縮小路由表規模、增強系統穩定性強，便于實現最短路徑尋址。
地址分配體現客戶信息、業務類別特征，根據用戶不同接入方式攜帶用戶的標識信息，必要時可以查詢用戶身份。根據本地網用戶業務種類，用戶網絡邊緣設備完成子網劃分、業務標識注冊、策略設置，根據終端用戶業務類型配置相應IPv6地址。這種方案易于實現QoS保障、用戶溯源等機制，缺點在于業務類型劃分難以統一、需要對現有協議進行升級。
基于IPv6地址進行源地址驗證，利用哈希算法為源IPv6地址生成驗證信息，并添加到所相應的源地址驗證選項中，從而使相關管理節點可以對源地址進行真實性檢驗，有利于解決由偽造源IPv6地址造成的地址欺騙、身份假冒、拒絕服務攻擊等安全問題，但需要占據大段地址空間，同時實現機制復雜。
三、 構建具備可管理、可持續發展的IPv6地址科學規劃策略
從本質來說，國內對IPv6單播地址的規劃是對128位中除前綴外比特位的二次分配。當前，IETF、ICANN、APNIC等國際組織未對IPv6地址分配提供明確的指導規則，地址分配機構可以遵循一些明確的分配原則，根據實際情況實施個性化分配方案。
避免IPv6地址語義過載帶來負面影響。當IPv6地址提供除路由尋址外諸如路由優化、QoS保障、網絡安全、溯源管理等多重語義時，將造成IPv6地址語義過載，從而降低地址有效利用率，降低現有網絡設備自身系統的管理靈活性和安全效能，甚至限制新技術的進一步發展。為了規避語義過載，建議IPv6地址中僅攜帶以下兩種信息：第一，考慮到當前IPv4尋址體系存在的最大問題是路由膨脹，這個問題可能在IPv6時代更加突出，因此IPv6地址前綴中應體現位置信息，盡量給每個區域分配連續的地址空間，以提高路由聚合能力，降低路由器壓力。第二，為以IP地址為抓手增強我國對互聯網的管理能力，可以考慮在IPv6地址中增加用戶身份標識、終端設備地址等信息。
地址規劃應充分考慮業務增長需求。隨著網絡規模不斷增大，用戶越來越多，地址分配時需為將來預留足夠地址空間以更好實現地址聚合。具體來說，參考巴西的IPv6地址分配經驗，建議盡量遵照100%或300%的保留率進行地址分配。同時，區分地址需求量較大的用戶和一般用戶，為其開辟不同的地址池，也就是根據保留率為不同地址前綴保留地址。
為實現資源預留，可根據實際情況，比較選擇地址分配算法，如順序、稀疏分配法等。順序算法直觀、簡單，但難以容納連續多次申請的地址需求及突發的大塊地址申請，無法根據實際網絡規模進行調整；稀疏矩陣分配法有良好的聚合性，缺點在于將空間均分給用戶，對不同規模用戶申請的適應性差，可能出現不必要的地址沖突和地址空間分段問題。
在滿足業務和網絡發展需求的前提下，盡量提升地址利用率。我國地址分配管理機構對各單位IPv6地址消耗速度變化情況進行周期評價，及時釋放地址需求少的用戶所保留的地址段。評價地址分配效率的指標是主機密度比率HD(HD=Log已分配目標數/log最大可分配目標數)，HD作為評價/n地址段分配的門限值，一般推薦HD取值大于0.8。當要申請單位需要更大空間時，需對其未來地址進行需求分析。
作者簡介：
蘇嘉，畢業于北京郵電大學，碩士�，F就職于工業和信息化部電信研究院規劃所，工程師，主要從事互聯網相關研究工作。
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本文標題：IPv6地址規劃方法解析
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